殼聚醣廢水處理

在常規水處理系統中，應用最廣泛的絮凝劑是鋁鹽和鐵鹽，處理後的水中殘留的鋁鹽會危害人體健康，殘留的鐵鹽會影響水的顏色等；在大多數廢水處理中，難以克服污泥量大、污泥處置困難等二次污染問題。因此，尋求一種對環境不會造成二次污染的天然產物來取代鋁鹽、鐵鹽絮凝劑是當今實施永續發展策略的需要。天然高分子絮凝劑由於原料來源豐富、價格低廉、選擇性良好、用量小、安全無毒、可生物降解等特點，在眾多絮凝劑中受到廣泛關注。經過數十年的發展，出現了大量不同性質和用途的天然高分子絮凝劑，其中目前應用較為廣泛的是澱粉、木質素、殼聚醣和植物膠等。

殼聚醣特性

殼聚醣為白色非結晶性、半透明片狀固體，不溶於水，溶於酸，是甲殼素去乙醯基後的產物。一般來說，當甲殼素中的N-乙醯基去除55%以上時，即可稱為殼聚醣。幾丁質是動物、昆蟲外骨骼的主要成分，也是地球上僅次於纖維素的第二大天然有機化合物。殼聚醣作為絮凝劑，天然、無毒、可降解。殼聚醣大分子鏈上分佈著大量的羥基、氨基和一些N-乙醯氨基，在酸性溶液中可以形成電荷密度較高的陽離子聚電解質，也可以透過氫鍵或離子鍵形成網狀結構。籠住分子，從而絡合去除許多有毒有害的重金屬離子。殼聚醣及其衍生物用途十分廣泛，不僅在紡織、印染、造紙、醫藥、食品、化工、生物和農業等許多領域有許多應用價值，而且在水處理方面，可用作吸附劑、絮凝劑、殺菌劑、離子交換劑、膜製劑等。殼聚醣因其在供水應用和水處理方面的獨特優勢，已被美國環保署批准作為飲用水的淨化劑。

應用殼聚醣在水處理領域

（1）去除水體中的懸浮物。在天然水體中，由於黏土菌等的存在，成為帶負電荷的膠體系統。殼聚醣作為長鏈陽離子聚合物，能起到電中和凝聚和吸附架橋的雙重作用，對懸浮物有強烈的混凝作用。與傳統的明礬、聚丙烯醯胺等絮凝劑相比，殼聚醣具有更佳的澄清效果。 RAVID等人研究了當殼聚醣pH值為5～9時，單質高嶺土配水絮凝處理效果，發現絮凝受pH值影響較大，有效去除濁度的pH值為7.0～7.5。 1mg/L絮凝劑，濁度去除率超過90%，且生成的絮凝體較粗且速度快，總絮凝沉澱時間不超過1h；但當pH值降低或升高時，絮凝效率均降低，顯示只有在很窄的pH範圍內，殼聚醣才能與高嶺土顆粒形成良好的聚合作用。有研究發現，用殼聚醣處理絮凝膨潤土懸浮液時，適宜的pH值範圍較寬。因此，當渾濁水中含有類似高嶺土的顆粒時，需要添加適量的膨潤土作為混凝劑，以提高殼聚醣在粒子上。後來，RAVID 等人發現

如果高嶺土或二氧化鈦懸浮液中含有腐殖質，則用殼聚醣很容易使其絮凝沉澱，因為帶負電荷的腐殖質附著在顆粒表面，腐殖質使pH值容易調節。殼聚醣對於不同濁度、鹼度的天然水體仍表現出優異的絮凝性能。

（2）去除水體中的藻類和細菌。近年來，國外有人開始研究殼聚醣對藻類、細菌等生物膠體系統的吸附與絮凝作用。殼聚醣對淡水藻類，即螺旋藻、顫藻、小球藻和藍藻有去除作用。研究表明，對於淡水藻類，當 pH 值為 7 時去除效果最佳；對於海洋藻類來說，pH值較低。殼聚醣的適宜用量取決於水體中藻類的濃度。藻類濃度越高，需要添加的殼聚醣劑量就越多，而殼聚醣劑量的增加容易造成絮凝沉澱。快點。濁度可以衡量藻類的去除效果。 pH值為7時，5mg/L殼聚醣可去除水中90%的濁度，且藻類濃度越高，絮凝體顆粒越粗，沉澱性能越好。

鏡檢發現，經絮凝沉澱去除的藻類僅呈現聚集黏附狀態，仍維持完整活躍的狀態。由於殼聚醣不會對水中的生物造成任何負面影響，因此與其他用於水處理的合成絮凝劑不同，處理過的水仍可用於淡水水產養殖。殼聚醣對細菌的去除機制比較複雜。透過研究殼聚醣對大腸桿菌的絮凝作用發現，不平衡架橋機制是絮凝系統的主要機制，殼聚醣對細胞碎片產生氫鍵。另一項研究表明，殼聚醣絮凝大腸桿菌的效率不僅取決於電介質的帶電性，還取決於其水力尺寸。

（3）去除殘留鋁，淨化飲用水。鋁鹽和聚合鋁絮凝劑在自來水處理過程中被廣泛使用，但使用鋁鹽絮凝劑會導致飲用水中鋁含量增加。飲用水中殘留的鋁對人體健康有嚴重危害。殼聚醣雖然也存在水殘留的問題，但由於它是一種天然無毒的鹼性氨基多醣，其殘留物不會對人體造成危害，並且可以在後續的處理過程中去除。此外，殼聚醣與聚合氯化鋁等無機絮凝劑併用，可降低殘留鋁的含量。因此在飲用水處理中，殼聚醣具有其他合成有機高分子絮凝劑無法取代的優點。

殼聚醣在廢水處理的應用

（1）去除金屬離子。分子鏈殼聚醣及其衍生物中含有大量的氨基和羥基，對許多金屬離子有螯合作用，能有效吸附或捕獲溶液中的重金屬離子。 Catherine A.Eiden等研究表明，殼聚醣對Pb2+和Cr3+（以殼聚醣為單位）的吸附容量分別達到0.2mmol/g和0.25mmol/g，具有較強的吸附能力。張廷安等採用去乙醯殼聚醣絮凝去除銅。結果表明，當pH值為8.0，水樣中銅離子質量濃度低於100mg/L時，銅的去除率在99%以上；質量濃度為400mg/L，殘液中銅離子質量濃度仍符合國家廢水排放標準。另實驗證明，當pH=5.0，吸附時間為2h時，殼聚醣對吸附化學鍍鎳廢液中Ni2+的去除率可達72.25%。

（2）處理食品廢水等蛋白質含量較高的廢水。在食品加工過程中，會產生含有大量懸浮固體的廢水。殼聚醣分子中含有醯胺基、氨基和羥基。由於氨基質子化，表現出陽離子聚電解質的作用，不僅對重金屬有螯合作用，而且可以有效絮凝吸附水中帶負電荷的細顆粒。幾丁質和殼聚醣可以透過氫鍵與蛋白質、胺基酸、脂肪酸等形成複合物。方志敏等用過的殼聚醣、硫酸鋁、硫酸鐵和聚丙烯醯胺作為絮凝劑從海產品加工廢水中回收蛋白質。可獲得較高的蛋白質回收率和出水透光率。由於殼聚醣本身無毒，無二次污染，因此可以利用殼聚醣回收食品加工廠廢水中的蛋白質、澱粉等有用物質進行加工再利用，如添加到飼料中作為動物飼料。

（3）印染廢水處理。印染廢水是指棉、毛、化纖等紡織產品在前處理、染色、印花、後整理等過程中排放的廢水。通常含有鹽類、有機界面活性劑、染料等，成分複雜，色度大，COD高。 ，並向抗氧化、抗生物降解方向發展，對人類健康和環境極為有害。殼聚醣含有氨基和羥基，對染料有很強的吸附作用，包括：物理吸附、化學吸附和離子交換吸附，主要透過氫鍵、靜電吸引、離子交換、范德華力、疏水作用等作用。同時，殼聚醣分子結構中含有大量的伯氨基，透過配位鍵形成性能優良的高分子螯合劑，可以與廢水中的染料發生凝集作用，且無毒，不會產生二次污染。

（4）在污泥脫水中的應用。目前，絕大多數城鎮污水處理廠都採用陽離子聚丙烯醯胺處理污泥。實務證明，該劑絮凝效果好，易於污泥脫水，但其殘留物特別是丙烯酰胺單體是強致癌物。因此尋找它的替代者是一項非常有意義的工作。殼聚醣是一種良好的污泥調理劑，有助於活性污泥菌膠束的形成，可以凝聚溶液中帶負電荷的懸浮物和有機物，並提高活性污泥製程的處理效率。研究表明，聚合氯化鋁/殼聚醣複合絮凝劑不僅對污泥調理效果明顯，而且與單一使用聚合氯化鋁或殼聚醣相比，污泥比阻首先達到較低點，濾速較高。它速度快，而且是一種更好的護髮素；另外，還以3種羧甲基殼聚醣（N-羧甲基殼聚醣、N，O-羧甲基殼聚醣和O-羧甲基殼聚醣）作為絮凝劑，對污泥進行脫水性能測試，結果發現，形成的絮體堅牢，不易破碎，表明該絮凝劑對污泥進行脫水的效果明顯優於普通絮凝劑。

殼聚醣及其衍生物資源豐富，天然、無毒、可降解，同時具備多種性能。是綠色水處理劑。其原料幾丁質是地球上第二大天然有機化合物。因此近年來殼聚醣在水處理領域的發展有著明顯的成長動能。殼聚醣作為一種變廢為寶的天然高分子材料，在多個領域得到了初步應用，但國內產品的性能和應用與先進國家相比仍有一定差距。隨著對殼聚醣及其衍生物研究的不斷深入，特別是合成性能優異的改質殼聚醣，其應用價值越來越大。探索殼聚醣在水處理中的應用技術，開發應用範圍更為廣泛的殼聚醣衍生物環境友善產品，將具有十分廣闊的市場價值和應用前景。

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